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摘要：当代社会的发展理念发生了些许变化，很多行业也正积极随之作出改变，在城市建设方面，三维城市项目已经成为了主要趋势，其可以有效改善传统城市建设中的弊端，特别是无人机倾斜摄影测量技术的应用，使得此方面更具现代化特点。因此，本文简要介绍了无人机倾斜摄影测量技术的特点、研究了无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模中的应用。
关键词：无人机倾斜摄影测量；影像处理；三维建模
引言
倾斜摄影测量技术属于新型技术，因其独有的优势而备受相关行业喜爱，无人机倾斜摄影测量技术的应用可以打破以往航测遥感影像拍摄方面的限制，其支持多台传感器从不同角度进行数据采集，且采集速度有很大的提升，数据的真实性、有效性以及实时性均有所保障，充分满足人们对三维信息的需求。三维建模的实现也使得二维地理信息体系得到了优化，如今如何更好地将无人机倾斜摄影测量影响处理应用到三维建模中也成为了亟待解决的问题。
一、倾斜摄影测量特点
倾斜摄影测量具有以下特点：
1）能够真实反映周围物体的真实情况。与正射影像相比。倾斜摄影让人从多个角度去观察事物，能够更加真实地反映出事物的实际情况，从而弥补了正射影像的局限性。
2）倾斜摄影测鸯技术能够实现单张摄影量测。通过倾斜摄影测量技术和配套的软件，能够对摄影影像的高度、长度、面积、角度和坡度等进行量测。
3）可以采集建筑物侧面信息。在三维数字城市应用中，利用倾斜摄影技术大规模成图的特点，从倾斜摄影批量提取相关纹理信息，降低了城市三维建模的成本。
将倾斜摄影测量技术应用在城市规划、城市管理、军事活动等领域，具有其他数据无法取代的价值。倾斜摄影测量能够让指挥者和决策者看到比正射影像更多的影像资料，比如倾斜影像测量能够看到房屋一些侧面的安全出口，倾斜影像任意两点之间都可以通过软件进行精确的计算。在城市反恐活动中，能够计算通视距离、制高点等，在解救人质等紧急行动中，能更好地辅助决策。
二、无人机数字影像匹配技术
1.影像特征提取
特征提取是计算机进行图像处理和视觉处理中涉及到的一个概念，主要是指计算机对影像中同名点的图像信息进行提取，这一信息决定了影像中的相同特征，从另一个层面来理解，主要是归类这些信息，生成不同的子集，通常，此类子集由某个连续的区域、某条连续的曲线或某个孤立的点组成。在影像特征提取的过程中，需要对如灰度分布详情之类的所有数据进行提取，在此类分析下对形状和位置进行确定，甚至还可确定大小。通常情况下，周围影像灰度与影像特征灰度之间不会存在较大的不同，对其处理还要从实际情况出发。特征的分类主要包括点特征、线特征和面特征三个方面，三者之间表面独立，但实际密切相关，点特征是提取的基础，在各个项目中应给予更多的重视。
2.无人机影像匹配
在实际的应用过程中，无人机表现出了很多优势，但是也存在不完善的地方，如重量较轻和体积较小，飞行过程中很容易受到诸如风力之类因素的影响，特别是在大风情况下，无人机的飞行可能出现偏航，或是过大的风力影响到数码相机的姿态和位置，甚至出现无法固定住的情况，这种变化将对测量结果造成直接影响。如果不能有效解决此类情况，可能出现重叠的拍摄画面，不正确的角度，如果是在城区范围内飞行，较高的建筑物可能在相邻影像中出现变形。当前对于此类问题的处理主要可通过BRISK算法、SIFT算法和影像金字塔等方式来解决。
三、无人机倾斜摄影技术在城市三维建模中的应用
1.前期准备
前期了解航飞区域的基本因素影响，对于航飞起飞点、航线规划、航飞架次、及航飞高度等的确定起关键性作用。
2.三维数据采集
参照《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影规范》（GB/T15661-2008[1]）对测区航线进行合理设计。
2.1航摄基本要求及技术指标
根据测图需要提出的航摄要求，向主管部门申请。经批准后，制定航摄计划。根据实地勘察测区的地形特征和本公司摄影平台的特点，参照《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影规范》（GB/T15661-2008）对测区航线进行合理设计，基本的基本要求及技术指标如下：①所获取影像为真彩色数字影像；②相片的重叠度，航向重叠度75%；旁向重叠度75%；③影像质量，获取的测区相片应影像清晰、反差适中，彩色色调柔和、鲜艳；④漏洞补摄，对各种原因获取的不合格航片（航摄漏洞）要及时补飞，漏洞补摄按原设计航迹进行；⑤后期人工处理：重点处理飞地、飞楼等突出异常模型，后期路灯、篮球架等模型统一替换。
2.2航摄时间要求
航空影像的质量对航摄飞行的时间有一定的要求，航摄时间受天气条件的制约。
具体要求如下：①水平能见度≥1500m，垂直能见度≥1000m；②多云、阴天为佳，晴天次之。雨天、暴雨天气均不适合飞行作业；③在风速小于3级时进行作业，风速超过3级时，获取的倾斜摄影照片将会不利于建模；④气流相对稳定：每天的正午气流相对较强，对飞行安全不利，同时也对影像质量影像较大；⑤选择航摄时间，既要保证具有充足的光照度，又要避免过大的阴影，一般对于摄区的太阳高度和阴影倍数要求如下表；
2.3航线设计
通常情况下航线应按东西向或南北向直线飞行；特定条件下亦可根据地形走向与专业测绘的需要，按南北向或沿线路、河流、海岸、境界等任意方向飞行。平行于摄区边界线的首末航线一般敷设在摄区边界线上或者边界外；旁向覆盖超出摄区边界线，一般不少于像幅的30%，确保目标摄区完全覆盖。
3.三维数据处理
无人机倾斜摄影后期是应用ContextCapture软件对采集的数据进行三维建模。倾斜摄影建模采用高精度、高效率、一体化的自动建模技术，建立测区三维模型。该技术集倾斜摄影、空中精密定位和基于密集匹配的自动建模技术于一体。
（1）工程建设的数学基础数据采集的坐标系统采用WGS84坐标系，三维模型数据采用以测区几何中心为原点的ENU（East-North-Up）坐标系统。
（2）多级分辨率融合三维自动建模流程
①无人机数据采集与地面数据采集同步进行；
②采用ContextCaptureTM软件，结合影像的外方位元素，进行全自动空三解算；
③同时利用无人机与地面采集的影像数据，采用智能人工交互技术将数据进行融合，生成一体化的三维模型。基于物方约束的多角度多视影像相关匹配，逐像素云匹配技术生成密集点云，通过自动三维模型构建与纹理最优化映射技术，快速获取实景三维场景；
④以测区几何中心为坐标原点，设立ENU（EastNorth-Up）笛卡尔坐标系，将模型按照该坐标系进行切分和输出；
⑤对数据生产过程中的重要环节进行检查控制，直到其符合项目成果质量要求；
⑥数据成果输出成可浏览格式S3C和标准OBJ文件。
4.基于倾斜摄影测量技术的3D建模
倾斜影像技术是近年来国际测绘遥感领域发展起来的一项新型技术，通过在同一飞行平台上装载多台摄影机，使这些设备能够同时从垂直、任意角度对测区进行影像的采集，能够获取地面地物更全面的信息。对地进行垂直摄影的影像称为正片（一组影像），而镜头与地面呈一定角度时拍摄的影像为斜片（四组影像）。倾斜影像有以下特点：
（1）从全方位的角度对地物进行观察，真实反映地物的实际情况及周边情况，极大的弥补了正射影像的不足。
（2）倾斜影像可以对所测量地物进行高度、长度、角度、坡度等的量测，能够实现单张影像量测，这一技术扩展了倾斜影像技术的应用。
（3）对于不同的地物，倾斜影像都能采集到地物的侧面纹理。对倾斜摄影获得的倾斜影像进行处理之后，利用测绘建模软件能够生成倾斜影像三维模型，模型能够呈现两种成果数据：①单体模型，它可以利用倾斜摄影提供的倾斜影像丰富影像纹理信息，借助相关的系统软件生产的3D模型框架，如数字摄影测量系统生成的建筑物立方体。通过纹理映射技术（自动），生产真实的三维模型。②非单个模型，它也称倾斜模型，这是利用系统软件进行全自动化生产的3D模型，它是通过多是影像数据，顾及多种系统误差，进行联合平差解算，首先生成高密度的点云图，然后自动生成TIN格网模型，最后生成带有真实纹理的3D模型。它最大的优点是全自动化，真实纹理。但它的缺点也较为明显，即每个建筑物不可以进行修改，包括它的纹理信息。
结语
在飞行与建模过程中，出现像片受侧风影响，姿态不够理想，部分航飞质量不高，少量影像存在偏色和影像模糊的现象，倾斜三维模型有少量的扭曲变形等问题，但是经过重飞，色彩规划处理等操作，以保证最后成果精度。利用无人机倾斜摄影测量三维模型制作，不仅可以得到真实地物地貌的外观，平面位置以及高程信息等属性，大大提高了真实感，还具有低成本和高效性的的特点，通过精度分析可以得到，建立模型的精度大范围可以达到亚米级，虽然不能达到高精度三维模型的建立，但是可以满足日常一些小比例生产需求。
参考文献：
[1]薛立勇，王浩．关于旋翼无人机倾斜摄影测量在管道测绘中的运用分析[J]．中国战略新兴产业，2017（12）：44，46．
[2]黄敏儿，南胜，周兴华，等．点面结合的无人机倾斜摄影解决方案在应急测绘保障中的应用[J]．城市勘测，2017（02）：89—92．
[3]汤坚，杨骥．无人机倾斜摄影技术在特高压输电线路路径优化中的应用研究[J]．南方能源建设，2015（s1）：203—206．
[4]文雄飞，张穗，张煜，等．无人机倾斜摄影辅助遥感技术在水土保持动态监测中的应用潜力分析[J]．长江科学院院报，2016（11）：93—98．